虛擬現實技術在航海技術專業實訓教學中的運用

趙越

虛擬現實技術是對教學模式的一種全新嘗試，通過設計虛擬現實的場景，重視學生在課堂上的主體地位，力求讓學生真正參與到課堂教學過程中。應用在航海技術專業中，虛擬現實技術有利于培養學生的綜合素質，提高教學質量。我通過分析在航海技術專業實訓教學中應用虛擬現實技術的必要性，進一步探究了怎樣將虛擬現實技術具體應用在實際教學過程中，以期為航海技術專業以及其他相關專業的實訓教學模式提供參考。

虛擬現實技術指的是使用虛擬技術模仿抽象復雜無法講解的情景，學生可以利用虛擬現實技術的可視性學習專業知識。如今虛擬現實技術已經應用在多個領域，包括軍事演習、建筑設計、航空工程等。在西方等許多發達國家，虛擬現實技術已經被廣泛應用在教學過程中。

一、在航海技術專業實訓教學中運用虛擬現實技術的必要性

在目前傳統的航海技術專業教學模式下，要想讓學生實際掌握專業知識和技能，就必須進行實訓練習。然而，因為航海技術專業的特殊性，這要求學校配置大量專業設備，由于這種專業設備成本大、價格昂貴，所以這種實訓方式并不切實際。另外，科學技術隨著時代的不斷發展而進步，學校購買的固定專業設備很難滿足時代進步的要求，在傳統的實訓教學模式下存在巨大的安全隱患。這種常用的教學方法實際上并不能完全保證學生的安全，容易導致實驗室發生事故。航海專業技術的實驗室操作與高電磁、高電壓、高輻射有著密切聯系，另外還有電氣相關設備，把學生的人身安全置于一個不安全的境地。

虛擬現實也稱作virtual reality，是利用虛擬技術和計算機互聯網技術把實際不存在的場景制成在眼前的虛擬場景的一種先進技術。虛擬現實技術包含計算機顯示、圖像、傳感等技術，是計算機在新領域的應用，適合時代發展的要求。

第一，虛擬現實技術和傳統的教學模式相比具有教學效率高、安全指數高、教學成本低等特點，利用軟件以及技術進行虛擬場景的模擬，通過鼠標、語音與設備進行信息傳輸，保障了教師以及學生在教學過程中的人身安全。另外，學生的錯誤操作也不會對昂貴的設備造成影響，節約了教學成本。

第二，虛擬現實技術可以改善教學質量、提高教學效率。虛擬現實設備與傳統設備相比具有便捷輕便的特點，利用虛擬技術和計算機技術對航海有關的場景進行模擬，將完全接近現實的場景呈現在學生眼前，可以加深學生對專業技能的印象，讓學生更好地理解實際操作的步驟。

第三，運用虛擬現實技術進行實訓教學可以大大節約教學成本。學校節省了更新換代大型設備的成本，使用虛擬現實技術后，在更新換代的時候只需要對相應的軟件模塊進行改寫，硬件設備也可以使用很多年，在節約成本的同時實現了資源的可持續利用。

第四，我國作為一個航運大國，在世界航運中的地位越來越重要。但與發達國家相比，我國的航運人才培養還存在一定的局限性，具有一定的差距，造成這種現狀的原因主要是實訓手段以及條件的落后，實訓教學未達到理想水平。為了更好地建設世界航運強國，必須培養具有市場競爭力的航運人才，重視航海技術專業的實訓教學，適應我國航運建設的需要。傳統的教學模式已經很難滿足航海技術人才的需要，時代要求必須使用更合理科學的方式培養航海技術人才。虛擬現實教學為實現教學目標提供了一種全新的手段和方式，滿足了世界航運業的迅速發展。

二、虛擬現實技術在航海技術實訓教學中的具體應用

虛擬現實技術主要由電腦主機、3D顯示器、軟件系統三大部分組成：首先是一臺具有大內存和較高運轉速度的電腦主機。在航海技術實訓教學過程中，必須對專業設備的部件進行分離后再組合操作，創造與實際相同的虛擬場景，另外需要對虛擬部件和設備進行旋轉、移動、細節放大等相關操作，所以計算機的主處理以及圖形處理相關芯片必須具備高強度的處理能力；其次是一臺清晰度高的3D顯示器。3D顯示器在顯示實物方面不可以有色差，而且要加速顯示2D、3D圖像；盡量采取表面聲波觸控技術，防止頻繁使用而造成屏幕破碎；最后是軟件系統。軟件系統要體現專業設備開關以及按鈕等每個元件的特點和細節，對各項操作的正確或錯誤及時給予反應：正確操作，比如回波明顯、天線旋轉、電機運轉等；錯誤操作，比如溫度失常、設備異響、電機停止運轉等。教師講解專業知識或技能，利用觸屏、語音等進行一鍵迅速操作，展示3D圖像動畫。此外，軟件系統必須具有可移植性、適應性等良好特性，可以在Window7或10的操作系統下以正常速度運行，能夠適應航海技術專業發展、設備更新換代的要求。

（一）課堂教學

課堂教學，是實際應用虛擬現實技術的主戰場。在航海技術專業的實訓教學模式中，虛擬現實技術的應用主要體現在以下幾個方面：第一，船體構件等航海設備的立體展示。船體是應用航海技術的基礎和前提，學生必須掌握錨、舵葉、螺旋槳等船體部件，教師可以利用多媒體投影儀技術展示實物狀態，或者利用計算機的3dsMAX等三維造型及動畫軟件構建模型，以VRML格式進行儲存，后面可以在NRML播放器中使用，另外，也可以使用QUICKTIMEVR等。教師可利用計算機三維技術創造一個立體動感的教學環境，激發學生興趣；第二，航海虛擬教學場景的建立，指的是建立在歷史或現實中存在的空間。利用虛擬現實技術，能改變傳統教學的局限性，建立教學立體空間，構造航海虛擬場景，體現航海技術的實際應用。

（二）實驗教學

航海模擬器已經應用得越來越廣，包括船舶作業、航海操舵模擬器的應用。通過實驗教學，能讓學生熟悉使用四大設備駕駛虛擬仿真模擬器，主要包括GMDSS、雷達、EC-DIS、船舶操縱模擬器，為以后航海工作奠定扎實的基礎。教師要利用航海模擬器創造一個逼真的視覺場景，讓學生進行操舵訓練、英語口語訓練等。

通過實驗教學，把航海具體過程與教學情景有機聯系起來，能讓學生實際感受駕駛臺操作、船舶間靠離泊、船舶操縱等過程。教師要注意在實驗過程中充分激發學生的主觀能動性，這樣有利于提高航海技術教學效果，讓學生真正掌握知識。另外，利用虛擬現實技術進行教學不僅保證了學生的人身安全，還可以反復循環練習。

在建設航海船舶實驗室的時候，同時可以使用顯卡虛擬化技術建造網絡實訓平臺，提升教學效果，節省教學成本。在上文提到的實驗教學中，一個至關重要的內容就是構建船舶結構模型，一方面要保障教學質量，另一方面要簡化模型，降低硬件要求。教師可以使用Multigen Creator構建仿真的實時三維模型，構建完成后，可使用 Unity3D驅動引擎，利用VR展現出來，提高真實感。通過使用顯卡虛擬化技術，可以在網絡上拓展實訓教學，促進移動PC端或移動端的交互操作。

我國有著深遠的航海業發展歷史，在世界上是一個航運大國，如何培養航海業素質人才是一直被重視考慮的問題。虛擬現實技術給航海技術教學注入了新的活力，推動了教學模式的變革。隨著不斷實踐和積累經驗，虛擬現實技術在航海教育中會越來越普及，為我國培養航海專業人才做出貢獻。

（責任編輯 林 娟）